CAPÍTULO 2: SISTEMAS DE TRACCIÓN-FRENADO
2.1. Jeumont Heidmann (JH)
2.1.3. Funcionamiento del Sistema JH
El JH es un equipo de tracción-frenado que en su conjunto realiza la protección de los circuitos de potencia, la alimentación de los motores de tracción, sus acoplamientos en el frenado y sus excitaciones en la sustitución del frenado reostático por el frenado neumático. Además, suministra la alimentación de los circuitos de alumbrado, de ventilación y de carga de la batería que se encuentran en un tren de Metro.
Para un sistema JH de tracción-frenado el motor es conectado en serie con un reóstato de campo, con el que se varía la resistencia en serie con la armadura y con el campo serie, variando así la corriente que pasa por ellos. En paralelo con el devanado serie se conectan las resistencias de puenteo; y en la toma de la alimentación, se conecta un interruptor (disyuntor DET), complementado con una inductancia en serie y una capacitancia en paralelo que actúan como filtros del sistema. En la figura siguiente se ve el circuito básico de fuerza para un motor, sin embargo, un sistema de tracción-frenado JH controla cuatro motores:
Fig. 2.1:
Esquema básico de control por JH.
Funcionamiento del Equipo en Tracción
La intensidad de corriente promedio de arranque es de 500 Amperes por cada motor. El arranque se efectúa en 15 puntos serie a campo completo y de tres puntos de puenteo. La transición por medio del puenteo a campo completo se efectúa en 12 puntos serie-paralelo en campo completo y tres puntos de puenteo. Cada
punto (cada paso que realiza el JH) elimina resistencias de arranque del circuito de potencia, estando dado por una revolución del servomotor eléctrico sobre un platillo metálico con 35 ranuras equidistantes.
El JH puede, según la voluntad del conductor mediante el uso del manipulador, estar inmovilizado sobre las posiciones siguientes:
Punto 0: Cada contactor de acoplamiento abierto.
Punto 3: Para maniobras de acercamiento y taller.
Punto 15: Motores en serie campo completo.
Punto 16: Motores en serie a campo reducido al máximo admisible.
Punto 29: Motores en serie-paralelo a campo completo.
Punto 30: Motores en serie-paralelo a campo reducido al máximo admisible.
La anulación o la reducción del esfuerzo de tracción se hace de manera progresiva por introducción de nuevo de las resistencias de arranque en el circuito. La protección del mismo está asegurada por dos fusibles, que constituyen la protección contra cortocircuitos; y un disyuntor bipolar cuya apertura será provocada por:
La diligencia del conductor.
Por una cortocircuito a tierra (masa)en el circuito de tracción.
Por la ausencia de tensión de línea o la fusión de un fusible de tracción.
Por un defecto del funcionamiento del equipo JH.
Por el mando de la inversión del sentido de marcha.
Por el mando de un frenado.
Su cierre es imposible en todos los casos enunciados, y además, si el equipo no está en el punto cero. La inversión del sentido de marcha está hecha por la inversión del sentido del paso de la corriente en las armaduras de los motores de tracción. El sentido de la corriente en los inductores queda sin cambio de dirección.
Funcionamiento del Equipo en Frenado
El combinador de arranque permite por medio de un conmutador, conectar los motores de tal manera que estos sean utilizados como generadores de excitación separada durante el frenado. A esta forma de frenado se le denomina frenado reostático o eléctrico. El esfuerzo, producto del flujo por la corriente, se mantiene constante ajustando estos dos parámetros a valores constantes.
Flujo: Los generadores son excitados por un statodyne auxiliar cuyo rendimiento en los inductores está ajustado al valor pedido por un dispositivo de amplificadores magnéticos.
Corriente: A flujo constante, baja con la velocidad. Su valor está mantenido eliminando progresivamente las resistencias, esto se hace bajo el control de un relevador de intensidad llamado QPF.
Seis grados de frenado son posibles. Los tres primeros F1, F2 y F3, son asegurados por el freno reostático solamente. Los otros tres, F4, F5 y F6, son realizados por la combinación del frenado neumático y del frenado reostático, éste último suministrando entonces un esfuerzo de frenado correspondiente al grado F3. Si se llama
“J” a la corriente del inducido e “I” a la corriente de los inductores, el relevador de intensidad QPF del tipo
diferencial permite establecer la relación:
aJ
IC
(6) Esta ley estando impuesta entre las corrientes I y J, para obtener los tres grados de frenado pedidos, bastará determinar el valor de la corriente de I de excitación. El reóstato fue diseñado para utilizar las potencias máximas de los generadores. Entonces la potencia es igual al cociente de la tensión máxima por la corriente máxima. El tipo de motor utilizado permite la aplicación del grado de frenado F3 con la velocidad de 80 km/h, el valor de la excitación se determina por la tensión máxima admisible en los bornes del inducido y se mantiene constante hasta el fin del frenado si el conductor, por uso del manipulador, no la modifica.La corriente promedio de frenado es del orden de los 440 Amperes para F3. La eliminación del reóstato de arranque se hace en nueve puntos para F3, 10 puntos para F2 y 12 puntos para F1, de manera que se mantenga el esfuerzo de frenado constante hasta unos 12 km/h. Debajo de esta velocidad, hay automáticamente la sustitución del frenado reostático por el frenado neumático con el mismo esfuerzo de retención si el operador no ha modificado su frenado.
El frenado puede prácticamente estar expuesto a fallas en alguno de los casos siguientes:
a) Masa en el circuito de frenado: una masa será detectada por un relevador denominado QDI que cortará la excitación del statodyne.
b) Avería de la regulación de la excitación: ésta puede traducirse por una ausencia o un exceso de frenado.
En el primer caso, la sustitución interviene en automático. En el segundo caso, la excitación alcanza y después excede ligeramente la excitación máxima, resultando así un frenado máximo. Un relevador QSF (relevador de sobrecarga de frenado) detecta esta sobrecarga de la corriente de frenado resultante, se queda abierto mientras la corriente no recae a un valor muy pequeño; después corta la excitación de los motores, lo que tiene por consecuencia la sustitución.
c) Avería del equipo. Todos los incidentes que en tracción provocan la apertura del disyuntor, provocarían en el frenado la interrupción de la excitación, así pues, la supresión del frenado eléctrico.
d) Ausencia de tensión en la línea, que aún siendo transitoria, provoca inmediatamente la sustitución del frenado.
Combinador de Arranque y sus Equipos Auxiliares
El combinador de arranque y frenado es del tipo JH (Jeumont Heidmann), que se ilustra en la figura 2.2. El combinador JH recibe, bajo el control del autómata programable, las ordenes de arranque y de frenado dados por el manipulador en la cabina de conducción, y conecta los circuitos de potencia según las ordenes recibidas.
El combinador es controlado por el servomotor eléctrico, y está compuesto por un control de árboles de levas y de tres conjuntos de árboles de levas montados sobre el mismo eje, los cuales son:
1 árbol de levas que acciona los contactores de acoplamiento de puenteo y de eliminación del reóstato (árbol de levas principal).
1 inversor de sentido de rotación (inversor).
1 conmutador tracción-frenado (conmutador TF).
Fig. 2.2:
El combinador de arranque montado bajo bastidor de cada carro motriz.
El control de los árboles de levas realiza la puesta en sitio de este último sobre las numerosas posiciones necesarias para asegurar las múltiples combinaciones del arranque, de la inversión y del puenteo. El desplazamiento angular de un punto a otro es pequeño, de unos 10°, y es necesario medirlo con precisión. Es realizado por un platillo P provisto de una corona en la cual son talladas tantas ranuras radiales equidistantes como puntos a realizar (35 puntos). Este platillo está enchabetado en el extremo del árbol (Fig. 2.3).
Fig. 2.3:
Platillo P sobre donde se realizan las 35 posiciones del JH.
En frente de este platillo está montado el servomotor eléctrico (SME), cuyo árbol lleva un manguito manivela. El botón de la manivela lleva un rodillo D que se ajusta tangencialmente en las ranuras del platillo para moverlo. Por otra parte, acciona una biela E y un segundo rodillo F, que guiado en su movimiento por la tija I articulada en H, penetra también en las ranuras del platillo para enclavarlo. Cuando el servomotor hace una vuelta, el platillo es agarrado por el rodillo motor D, desenclavado por el rodillo de cierre F, activado por un diente, enclavado de nuevo por el rodillo de cierre y por fin abandonado por el rodillo motor.
Este mecanismo se parece a una “cruz de Malta” en cuanto fin, pero difiere de ésta ventajosamente por su precisión práctica, sobre todo por un número elevado de posiciones; basta para comprobar esto, considerar lo que sucede en una cruz de Malta en el momento de la puesta en movimiento y de la desaparición del enclavamiento e inversamente. Aquí el platillo es siempre retenido fuertemente y con precisión, ya sea por el rodillo motor o por el rodillo de cierre.
Es activado y detenido sin choque. Efectivamente, el rodillo motor lo coge a velocidad nula, lo activa a velocidad creciente y después decreciente hasta la parada, según una ley casi sinusoidal; luego le abandona a velocidad nula al momento preciso cuando el rodillo de cierre lo coge a su vez.
Es el SME que por su movimiento mismo, para el platillo en el cerrojo y fija solo su posición. Esta ausencia de choque es la condición que permite las grandes velocidades de maniobra del árbol de levas. Todo no está, sin embargo, terminado, es necesario parar a su vez el servomotor antes de que entre de nuevo el platillo, pero para esta operación se dispone de una media vuelta muerta, es decir, tanto como de carrera activa, vamos entonces a proceder a un frenado progresivo y sin precisión.
El sistema es muy simple (Fig. 2.4) y presenta dos características esenciales:
Instantaneidad de acción. Se dispone de sólo 0.03 segundos para detener el servomotor.
Fig. 2.4:
Principio de funcionamiento del JH.
El servomotor es un motor de corriente continua de excitación compuesta. Gracias a su bobinado puenteo, esta máquina es un motor cuando se alimenta y un freno cuando se deja de alimentarla. El frenado es instantáneo porque la excitación persiste igualmente que la corriente de frenado en el inductor, y el par es, aproximadamente, proporcional al cuadrado de la velocidad del motor, así pues adaptado a la energía a absorber.
La resistencia del circuito inductor determina el vigor del frenado para que el servomotor se pare poco más o menos a la mitad de su carrera muerta. Se averigua experimentalmente que este punto de parada no cambia de manera apreciable aunque la velocidad del servomotor se duplique. Para realizar los dos sentidos de marcha (progresión y regresión), se invierte el sentido de paso de la corriente en el inducido del servomotor, los dos inductores siempre recorridos en el mismo sentido por la corriente.
El árbol de levas está constituido por una barra de acero sobre la cual están enfiladas y chabetadas las levas en tejido baquelitado moldeado. Dos paliers de extremidad y dos paliers intermedios de rodamiento de bolas, soportan este árbol. Todo el conjunto del JH se observa en la siguiente figura:
Fig. 2.5:
El equipo contiene 24 contactores a 750 V. y 350 A. repartidos en tres bovedillas de ocho. Estos contactores tienen la función de asegurar:
El acoplamiento de los motores de tracción (CS1, CS2, CX1, CX2, CP1 y CP2).
La eliminación progresiva de las resistencias al arranque o al frenado (CRS, CRM, CRP y CR1 hasta CR13).
El tercer punto de puenteo (CH1 y CH2).
Cada contactor se compone de un contacto fijo conectado a la toma de corriente por su bobina de soplado y de un contacto móvil con su soporte. El contacto móvil de cobre al cromo matrizado lleva el muelle de presión y el rodillo de maniobra. El muelle asegura el cierre, y la leva empujando al rodillo realiza la apertura. El conjunto de los contactos fijo y móvil está montado en un soporte individual en materia moldeada, y se presenta así, bajo el aspecto de un contactor monobloque de un montaje cómodo y rápido. Todos los contactores se alojan en los cofres laterales izquierdos de cada carro motriz (Fig. 2.6).
Fig. 2.6.
Los cofres laterales izquierdos son las zonas donde se alojan los relevadores y contactores para el control del combinador de arranque en cada carro motriz.
Disyuntor DET
El disyuntor es un contactor electromagnético de doble contacto que permite interrumpir la alimentación de los circuitos de tracción. Cada uno de los contactores del disyuntor alimenta una ramificación del circuito de tracción, y cada ramificación es protegida, hacia arriba del disyuntor, por un fusible de alta capacidad de interrupción.
Cada polo del disyuntor está constituido por un contacto fijo conectado a la toma de corriente por medio de una bobina de soplado, y de un contacto móvil conectado a la otra toma de corriente por dos trenzas flexibles. El basculamiento del contacto móvil permite la apertura o el cierre de los ruptores auxiliares de servo sistema. Estos ruptores se servo sistema son del mismo tipo que los montados en el combinador JH.
Cada polo posee una chimenea de soplado en materia moldeada aislante. El contacto móvil está principalmente compuesto por tres piezas: un contacto de cobre, un soporte de contacto de bronce al aluminio
y de una palanca de “celoron”. Un deflector conectado a la toma de corriente inferior viene a prolongar el contacto móvil, y facilita el desarrollo del arco en el momento de la interrupción.
El contacto fijo está formado por una bobina de siete espiras sobre la cual vienen a montarse dos hierros de campo. Sobre el soporte de la bobina está fijo el contacto prolongado de su cuerno de soplado. El enclavamiento de la chimenea de soplado se hace por dos ataduras fijas sobre los hierros de campo.
Fusibles Escobillas
Los fusibles escobillas tienen por objeto localizar la acción de los cortocircuitos apareciendo en partes no protegidas de los circuitos de alta tensión. Hay uno por carretilla y tienen una capacidad de interrupción de 750 A. a 750 V.
El cartucho está constituido por un cuerpo de papel baquelitado, dentro del cual se encuentra una laminilla de cobre encharcada en talco. El cartucho del fusible se fija a un zócalo en papel baquelitado sobre el cual viene a adaptarse una tapa de poliéster autoextinguible, mantenida por dos cinchos muelles. Bajo esta tapa, el cartucho es mantenido en sitio en las extremidades por otros dos cinchos. Las tomas de corriente se hacen a cada extremidad por medio de dos terminales de cobre.
Fusibles de Tracción
Tienen por función proteger los circuitos de tracción contra cortocircuitos. Hay dos por cada carro motriz y tienen una capacidad de 500 A. trabajando a 750 V. El cartucho está constituido por un cuerpo de cartucho de corindón, dentro del cual están montadas laminillas fusibles de plata recocida. Las laminillas de plata están encharcadas en silex triturado.
El cuerpo del cartucho está cerrado por dos coronas empotradas al “zamak” sobre las cuales están empernados dos tambores, permitiendo el desmontaje. El cartucho se mantiene por dos bridas de cierre sobre dos abrazaderas montadas sobre una barra de papel baquelitado. Las terminales cónicas especiales de conexión, están suministradas con los fusibles.
Sistema de Potencia
Para reducir el número de los seccionadores del conmutador tracción-frenado y para introducir a cero una interrupción del circuito de excitación por un contactor, los inductores de los motores 1 y 2, después los inducidos, están colocados a la cabeza del circuito. El potencial del circuito de frenado está sujeto a los inductores de los motores 3 y 4.
La repartición de los potenciales en el frenado en los diferentes puntos del circuito es como se muestra en la figura siguiente:
Fig. 2.7:
Repartición de potenciales en los diferentes puntos del circuito de potencia de cada carro motriz.
Se fija el escalonamiento del reóstato en función del valor de “r”, igual a 65 m. El disyuntor, cerrado durante la tracción, se abre al cero del equipo cuando el frenado está activado, para quedar abierto en el frenado. Sin embargo, para apartar todo peligro en el momento de un cierre intempestivo en el frenado, un seccionador ST1 abierto en el frenado, aísla totalmente, con el contactor CP1, el circuito de potencia de la línea de toma de corriente.
Manipulador
El manipulador (Fig. 2.8) es el mecanismo esencial que permite el control de los arranques y de los frenados. Este manipulador tiene 13 posiciones repartidas en cinco posiciones de tracción, siete de frenado y una posición neutra.
Un muelle de torsión mueve la palanca de mando hacia la posición neutra o a las primeras posiciones de frenado cuando el conductor suelta el manipulador sobre una posición de tracción. El manipulador está compuesto de una palanca que activa un árbol sobre el cual son montadas levas en “rilsan”. Estas levas realizan la apertura o el cierre de 16 ruptores auxiliares. Además, este manipulador está dotado de un dispositivo de vigilia automática. El cableado interno del manipulador termina en dos conectores multibrocas. El conjunto del manipulador está montado en una caja de chapa. La accesibilidad a los ruptores auxiliares y al mecanismo se hace por una puerta frontal montada sobre bisagras.
El manipulador está formado por una palanca de bronce moldeado sobre la cual viene a fijarse una manecilla. Dicha manecilla posee un desprendimiento en su parte superior donde viene a colocarse el circulo oscilante de vigilia automática, llamado también arillo de hombre muerto. Este círculo obra por medio de un juego de bielas sobre una paleta portacontacto. Según su posición, esta paleta abre o cierra un contacto. La paleta es
mantenida en sitio en sus dos posiciones posibles por imanes permanentes. La presión sobre los contactos es así independiente de la presión ejercida sobre el arillo.
Fig. 2.8:
Manipulador en el pupitre de la cabina de conducción. En él pueden observarse los seis grados de frenado y los cinco de tracción. El grado Fu, corresponde al frenado de emergencia.